第六单元第2讲 DNA分子的结构和复制 2024届高三生物一轮复习知识清单

第2讲　DNA分子的结构和复制 考点一　DNA的结构和基因的本质 2023.12.12 1．DNA分子结构模型的建立者及DNA的组成 (1)DNA双螺旋模型构建者：1953年，沃森（美国生物学家）和克里克（英国物理学家）。标志着分子生物学的诞生 (2)构建过程： ①20世纪30年代，瑞典科学家，证明DNA不对称 ②第二次世界（1935~1945）大战后，用电镜测DNA直径为2nm ③20世纪40年代德国生物化学家科赛尔第一个系统地研究了核酸的分子结构，发现DNA是由三种物质构成的，分别是磷酸、脱氧核糖和四种不同的碱基。 ④1950年奥地利生物化学家查哥夫发现DNA中各种碱基之间存在数量关系：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶(C)的量。 ⑤1951年英国生物物理学家威尔金斯和他的同事（英国女科学家）富兰克林应用X射线衍射技术获得了高质量的DNA衍射图谱，沃森和克里克推算出DNA分子呈螺旋结构。 沃森和克里克尝试构建模型1：双螺旋和三螺旋（失败） 重构：磷酸—脱氧核糖骨架安排在螺旋外侧，碱基安排在螺旋内部的双链螺旋，相同碱基配对违反化学规律（失败） ⑥1952年春天，奥地利生物化学家查哥夫访问剑桥大学，沃森和克里克得到一个重要信息： DNA中各种碱基之间存在数量关系：腺嘌呤(A)的量总是等于胸腺嘧啶(T)的量；鸟嘌呤的量总是等于胞嘧啶(C)的量。 沃森和克里克构建新的DNA模型2：脱氧核糖—磷酸骨架在双链螺旋外部，碱基在内部，且A—T G—C,DNA两条链的方向是相反的。 结果发现：A—T G—C具有相同的形状和直径，这样组成的DNA分子具有恒定的直径，能够解释A、T、C、G的数量关系。同时能解释DNA复制 ⑦1953年4月25日《自然》（英）发表《核酸的分子结构—脱氧核糖核酸的一个结构模型》。沃森、克里克和英国物理学家威尔金斯因发现生命的双螺旋而荣获1962年诺贝尔医学生理学奖或医学奖。 (3)图解DNA分子双螺旋结构 【模型建构1】脱氧核苷酸——DNA的基本单位 【模型建构2】一条脱氧核苷酸链（有方向） 磷酸二酯键可用限制酶切断，可用DNA连接酶或DNA聚合酶连接。 补充：一个磷酸挑担子，两边各一个磷酸酯键，统称磷酸二酯键。酯基的形成记住是酸脱羟基醇脱氢，所以是五碳糖上的3号碳上的羟基脱一个氢原子，另一个五碳糖上的5号碳上的磷酸基团脱一个羟基，两者形成一个磷酸二酯键（加上原本核苷酸上的酯键，一共两个，所以叫磷酸二酯键） 【模型建构3】DNA双链 问题1：两条链中的碱基是排在外侧还是在内侧？连接两条链的碱基如何配对? 碱基配对时，为什么嘌呤碱不与嘌呤碱或嘧啶碱不与嘧啶碱配对呢？ 了解：嘌呤碱是双环化合物，占有空间大；嘧啶碱是单环化合物，占有空间小。而DNA分子的两条链的距离是固定的。 问题2：为什么只能是A配T，G配C，不能是A配C，G配T？ ①数量关系：A=T,G=C ②A=T，C≡G的氢键连接，使DNA的结构更加稳定.（氢键可用解旋酶断裂，也可高温断裂） ③A与T、C与G配对有相同的直径，也可解释DNA复制 此外，其与拍摄的X射线衍射照片比较两者完全相符。 【课本50页】图3—8小字 关于方向 平面结构：DNA分子由反向平行的两条链组成 外侧：脱氧核糖和磷酸交替连接构成主链基本骨架。 ①每个脱氧核糖上连接一个（3’）或两个磷酸（5’或中间的）和一个碱基 ②双链DNA有2个游离磷酸基团，环状DNA有0个游离磷酸基团 问题3：一条链上相邻两个碱基怎么连接？ 通过—脱氧核糖—磷酸—脱氧核糖—连接 内侧：两链上碱基通过氢键连接成碱基对。碱基互补配对遵循以下原则：A=T， (两个氢键)、C≡G (三个氢键)。嘌呤和嘧啶之间通过氢键配对，形成碱基对，且A只和T配对、C只和G配对【有四种配对方式：A=T，C≡G，T=A，G≡C】，这种碱基之间的一一对应的关系就叫做碱基互补配对原则。 问题4：DNA中的遗传信息蕴藏在哪儿?（两条长链上的脱氧核糖与磷酸交替排列的顺序是稳定不变的。长链中的碱基对的排列顺序是千变万化的。DNA分子的特异性就体现在特定的碱基（对）排列顺序中。）碱基对（或脱氧核苷酸）的排列顺序中 【模型建构4】DNA双螺旋结构 空间结构：两条链按反向平行方式盘旋成规则的双螺旋结构。 问题5：为什么说DNA是规则的双螺旋结构？ DNA结构的规则性体现在两个方面。第一，DNA的每个螺旋都是由10对碱基组成的，相邻两对碱基间距离为0.34nm；第二，DNA的两条链之间的距离恒等于2nm。 小结：DNA的结构和组成可用“五四三二一”表示分别表示的是什么？ 五种元素：C、H、O、N、P 四种碱基：A、G、C、T，相应的有